超流動ヘリウム４量子渦の慣性質量と波動の研究

• 研究課題/領域番号: 23340108
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 矢野 英雄 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70231652)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円); 2014年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2013年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2012年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2011年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
• キーワード: 流体力学 / 超流動ヘリウム / 量子渦 / 量子乱流 / 量子流体力学

研究成果の概要

本研究では、超流動ヘリウムの量子渦について、そのユニークな性質を利用することで、量子渦の運動を実験的に研究し、以下の成果を得た。
(1)物体の振動によって超流動ヘリウムに生成される量子渦輪は、ランダムに飛行する。(2)渦輪の飛行速度から見積もられる渦輪の直径は、0.2～1μmと分布する。この結果は、大きな渦輪から小さな渦輪へのカスケードが起こることを示している。(3)渦輪は点源から等方的に放出される。(4)生成される渦輪の直径は、振動振幅程度以下に制限される。(5)振動球のシミュレーションでは、渦輪の放出が異方的である。(6)量子渦波動の直接観測には、渦の付着制御の確立が必要である。

研究成果

• [雑誌論文] Statistics of vortex loops emitted from quantum turbulence driven by an oscillating sphere (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Nakatsuji*, M. Tsubota, H. Yano
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 17
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.174520
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observations of vortex emissions from superfluid 4He turbulence at high temperatures (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Oda, Y. Wakasa, H. Kubo, K. Obara, H. Yano*, O. Ishikawa, T. Hata
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 175 号: 1-2 ページ: 317-323
  • DOI: 10.1007/s10909-013-0934-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Vortex emissions from quantum turbulence generated by vibrating wire in superfluid 4He at finite temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Wakasa, S. Oda, Y. Chiba, K. Obara, H. Yano*, O. Ishikawa, T. Hata
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 568 号: 1 ページ: 012027-012027
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/1/012027
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Time-of-flight measurements of vortices emitted from quantum turbulence in superfluid 4He (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kubo, Y. Nago, A. Nishijima, K. Obara, H. Yano*, O. Ishikawa and T. Hata
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 171 号: 5-6 ページ: 466-472
  • DOI: 10.1007/s10909-012-0723-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Propagation of quantized vortices driven by an oscillating sphere in superfluid 4He (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Nakatsuji*, M. Tsubota, H. Yano
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 171 号: 5-6 ページ: 519-525
  • DOI: 10.1007/s10909-012-0797-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] 物体の運動で発現する量子乱流 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢野英雄*，坪田誠
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 68
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex emission from quantum turbulence in superfluid 4He (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Nago, A. Nishijima, H. Kubo, T. Ogawa, K. Obara, H. Yano*, O. Ishikawa, and T. Hata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 2 ページ: 24511-24511
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.024511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation and detection of vortex rings in superfluid 4He at very low temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yano*, A. Nishijima, S. Yamamoto, T. Ogawa, Y. Nago, K. Obara, O. Ishikawa, M. Tsubota and T. Hata
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 400 号: 1 ページ: 012085-012085
  • DOI: 10.1088/1742-6596/400/1/012085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-of-Flight Experiments of Vortex Rings Propagating from Turbulent Region of Superfluid He-4 at High Temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nago, T. Ogawa, K. Obara, et. al.
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys 巻: 162 号: 3-4 ページ: 322-328
  • DOI: 10.1007/s10909-010-0277-1
  • 査読あり
• [学会発表] 超流動4He中振動ワイヤーによる渦環放出の温度変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 千葉祐弥*，若狭洋平，小原顕，矢野英雄，石川修六，畑徹
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Quantum turbulence generated by vibrating wire in superfluid 4He (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Yano
  • 学会等名: Workshop on New Perspectives in Quantum Turbulence: experimental visualization and numerical simulation
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] 超流動ヘリウム中の振動物体が生成する量子乱流と量子渦の放出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢野英雄
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] Vortex emissions from quantum turbulence generated by vibrating wire in superfluid 4He at finite temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Yano
  • 学会等名: The 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Palais Rouge, Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
  • 招待講演
• [学会発表] Power dependence of vortex emissions generated by vibrating wire in superfluid 4He at finite temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Wakasa*, S. Oda, H. Yano
  • 学会等名: The 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Palais Rouge, Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [学会発表] 振動物体が生成する量子乱流と渦放出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢野英雄
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会「スーパーマターが拓く新量子現象」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
  • 年月日: 2014-04-17 – 2014-04-19
• [学会発表] 渦環放出から見る超流動4He中振動ワイヤーによる量子乱流の生成機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 若狭洋平*，小原顕，矢野英雄，石川修六，畑徹
  • 学会等名: 日本物理学会第６９回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
• [学会発表] Vortex emission from quantum turbulence generated in superfluid 4He (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yano
  • 学会等名: International Conference on Quantum Fluids and Solids (QFS2013)
  • 発表場所: Kunibiki Messe, Matue, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Observation of vortex emissions from superfluid 4He turbulence at high temperatures (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Oda,* H. Yano, et al
  • 学会等名: International Conference on Quantum Fluids and Solids (QFS2013)
  • 発表場所: Kunibiki Messe, Matue, Japan
• [学会発表] 振動ワイヤーによる超流動4He乱流からの渦環放出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 久保博史，織田慎平*，小原顕，矢野英雄，石川修六，畑徹
  • 学会等名: 日本物理学会第６８回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] 超流動^4He中乱流から放出された渦環と乱流生成エネルギーの関係 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西嶋陽, 矢野英雄, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西大学(西宮)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 超流動^4He乱流から放出される渦環の飛行 (2012)
  • 著者名/発表者名: 久保博史, 矢野英雄, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西大学(西宮)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 振動子が作る超流動^4He乱流から放出される渦環 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永合祐輔, 矢野英雄, 他
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西大学(西宮)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 量子乱流から放出される量子渦環と常流体との相互摩擦 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢野英雄
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるdefectsおよびtopology」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所(柏)
  • 年月日: 2012-01-06
• [学会発表] 量子乱流から放出される渦環の伝播 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永合祐輔, 矢野英雄, 他
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるdefectsおよびtopology」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所(柏)
  • 年月日: 2012-01-05
• [学会発表] Vortex emission from quantum turbulence generated by a vibrating wire in superfluid 4He (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yano
  • 学会等名: International Conference on Quantum Fluids and Solids (QFS2012)
  • 発表場所: Lancaster University, UK
  • 招待講演
• [学会発表] 量子乱流から放出される量子渦環 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢野英雄
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 招待講演
• [学会発表] Time-of-flight measurements of vortex rings emitted from quantum turbulence in superfluid 4He (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kubo,* H. Yano, et al
  • 学会等名: International Conference on Quantum Fluids and Solids (QFS2012)
  • 発表場所: Lancaster University, UK
• [学会発表] Propagation of quantized vortices driven by an oscillating sphere in superfluid 4He (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Nakatsuji,* M. Tsubota, H. Yano, et al
  • 学会等名: International Conference on Quantum Fluids and Solids (QFS2012)
  • 発表場所: Lancaster University, UK
• [学会発表] 振動球により駆動される超流動4He量子乱流から放出される量子渦 (2012)
  • 著者名/発表者名: 仲辻愛*，坪田誠，矢野英雄
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] 超流動^3He-B相の振動流における量子渦生成機構 (2011)
  • 著者名/発表者名: 永合祐輔, 矢野英雄, 他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 超流動^4He乱流から放出される量子渦環と常流体との相互摩擦 (2011)
  • 著者名/発表者名: 矢野英雄, 他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 超流動^4He中乱流から放出される渦環の伝播 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西嶋陽, 矢野英雄, 他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Propagation of Vortex Rings Emitted from Turbulence in Superfluid ^4He at Finite Temperatures (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Yano
  • 学会等名: New Frontiers of Low Temperature Physics
  • 発表場所: Korea Advanced Institute of Science and Technology(韓国)
  • 年月日: 2011-08-21
• [学会発表] Generation and Detection of Vortex Rings in Superfluid ^4He at Very Low Temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Yano
  • 学会等名: The 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: Beijing International Convention Center(中国)
  • 年月日: 2011-08-13
• [学会発表] Generation and Detection of Vortex Rings in Superfluid ^4He using the Transition to Turbulence Generated by a Vibrating Wire (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Yano
  • 学会等名: Classical and Quantum Turbulence Workshop
  • 発表場所: ニューヨーク州立大学アブダビ校(UAE)(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-04